JPH0334725A - Analog/digital converter - Google Patents

Analog/digital converter

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JPH0334725A
JPH0334725A JP1168678A JP16867889A JPH0334725A JP H0334725 A JPH0334725 A JP H0334725A JP 1168678 A JP1168678 A JP 1168678A JP 16867889 A JP16867889 A JP 16867889A JP H0334725 A JPH0334725 A JP H0334725A
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dac
voltage
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/124Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H03M1/129Means for adapting the input signal to the range the converter can handle, e.g. limiting, pre-scaling ; Out-of-range indication
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    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/46Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter
    • H03M1/462Details of the control circuitry, e.g. of the successive approximation register

Abstract

PURPOSE:To evade a limit on an analog input voltage range and the manufacturing yield decrease by adopting the the converter constitution as such that a P-N junction of a charge balanced sampling comparator is not biased forward. CONSTITUTION:This circuit is provided with a sample and hold circuit S/H 11 sampling an analog input VIN, a DAC(D/A converter) 14 receiving a reference voltage VREF and a comparator circuit CM1 comparing an analog input sampled by the S/H 11 and an output VDAC DAC 13. The DAC 13 is constituted by outputting 3 kinds of voltages and provided with comparators CM2, CM3 receiving an output of the DAC 13 in addition to the comparator circuit CM1. The CM2 compates 3/4 of the reference voltage VREF outputted from the DAC 13 with an analog input voltage VIN and the CM3 compares 1/4 of the reference voltage VREF outputted from the DAC 13 with the analog input voltage VIN. A successive approximation control section 12 is controlled by the output of the comparators CM1, CM2 and CM3.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はアナログ・ディジタル変換回路に関し、特にC
MO3回路により構成された逐次比較型アナログ・ディ
ジタル変換回路の新規な構成に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to analog-to-digital conversion circuits, and in particular to C
The present invention relates to a new configuration of a successive approximation type analog-to-digital conversion circuit configured with an MO3 circuit.

従来の技術 近年のCMO3技術の進歩により、アナログ・ディジタ
ル変換器(以下、ADCと記載する)等のアナログ回路
までも含んだディジタル集積回路が普及している。
2. Description of the Related Art With the recent progress in CMO3 technology, digital integrated circuits that even include analog circuits such as analog-to-digital converters (hereinafter referred to as ADCs) have become widespread.

第8図は、上述のような用途に使用されるアナログ・デ
ィジタル変換回路の基本的な構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing the basic configuration of an analog-to-digital conversion circuit used for the above-mentioned applications.

同図に示すように、このアナログ・ディジタル変換回路
は、アナログ入力VINを標本化するサンプル・ホール
ド器(以下、S/Hと記載する) 11と、基準電圧V
 IIEFを入力とするディジタル・アナログ変換器(
以下、DACと記載する)13と、S/H1lが標本化
したアナログ入力とDAC13の出力V。ACとを比較
する比較器CMlとを備えている。ここで、比較器CM
Iの出力は、逐次比較制御部12に入力され、逐次比較
制御部12は、DAC13にディジタル値を与える。
As shown in the figure, this analog-to-digital conversion circuit includes a sample-and-hold device (hereinafter referred to as S/H) 11 that samples the analog input VIN, and a reference voltage VIN.
Digital-to-analog converter with IIEF as input (
(hereinafter referred to as DAC) 13, the analog input sampled by S/H1l, and the output V of DAC13. It is equipped with a comparator CM1 for comparing the AC and AC. Here, comparator CM
The output of I is input to the successive approximation control section 12, and the successive approximation control section 12 gives a digital value to the DAC 13.

一般に、逐次比較型ADCでは、DAC13は、基準電
圧V、I!Fの1/2の電圧と最初に値標本化した入力
端子V、とを比較してV DACを出力し、比較器CM
Iは、入力電圧VINとVOa。とを比較する。ここで
、その比較結果が、Vlll>V[lACの場合には基
準電圧V□、の3/4の値をV。ACに出力する。また
、比較結果がV !11 < VnAcの場合には、基
準電圧VIEFの1/4の値をV□、に出力する。更に
、VOa。との比較を繰り返し比較結果により、次の比
較電圧を決定する。尚、このような制御は逐次比較制御
部12によって行なわれる。
Generally, in a successive approximation type ADC, the DAC 13 has reference voltages V, I! The voltage of 1/2 of F is compared with the input terminal V whose value was first sampled, and V DAC is output, and the comparator CM
I is the input voltage VIN and VOa. Compare with. Here, if the comparison result is Vlll>V[lAC, the value of 3/4 of the reference voltage V□ is set to V. Output to AC. Also, the comparison result is V! 11 < VnAc, a value of 1/4 of the reference voltage VIEF is output to V□. Furthermore, VOa. The next comparison voltage is determined based on the comparison result. Note that such control is performed by the successive approximation control section 12.

第2図は、上述のようなADCにおいて使用される電荷
平衡標本化比較器14を構成する比較器、即ち、第8図
に示した回路では比較器CMIの典型的な構成を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a typical configuration of a comparator constituting the charge balance sampling comparator 14 used in the above-mentioned ADC, that is, the comparator CMI in the circuit shown in FIG. 8. .

第2図に示すように、この回路は、一端に入力端子Vl
llおよびvoAcに接続されたスイッチS1およびS
2と、これらスイッチS1およびS2のの他端に共通に
一端を接続されたコンデンサCと、コンデンサCの他端
と出力V。8.との間に並列に挿入されたスイッチS3
およびインバータINVとから構成されている。
As shown in FIG. 2, this circuit has an input terminal Vl at one end.
Switches S1 and S connected to ll and voAc
2, a capacitor C having one end commonly connected to the other ends of these switches S1 and S2, and the other end of the capacitor C and an output V. 8. switch S3 inserted in parallel between
and an inverter INV.

第4図は、上述のような回路において使用されるインバ
ータINVの入出力特性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the input/output characteristics of the inverter INV used in the circuit as described above.

比較器CMIにおいて、最初にスイッチS2、S3を閉
じて零補正をすると、Vr点は、V B 1となる。こ
こで、コンデンサCのiE荷Qは、Q=C(VIN  
V 1) 〔但し、■□は、INVのバイアス電圧〕となる。
In the comparator CMI, when the switches S2 and S3 are first closed to perform zero correction, the Vr point becomes V B 1. Here, the iE load Q of capacitor C is Q=C(VIN
V1) [However, ■□ is the bias voltage of INV].

次に、S2、S3を開放し、31を閉じると、電荷は保
存されるから、 Q=C(VIN  VBI) =C(VoAc  Vx
 )となり、Vxの電位は、 Vx=V++++ (VDACVlll)ΔVOUア=
  A (VDACVIN)〔但し、AはインバータI
NVのV B (でのゲイン〕 となる。
Next, when S2 and S3 are opened and 31 is closed, the charge is conserved, so Q=C(VIN VBI) =C(VoAc Vx
), and the potential of Vx is Vx=V++++ (VDACVllll)ΔVOUa=
A (VDACVIN) [However, A is inverter I
V B (gain at NV) of NV.

従って、インバータ出力V。L+、は、VIN>VDA
Cの場合ハイ・レベル(以下、“l”と記載する〉、V
r、I<V。ACの場合、ロウ・レベル〈以下、“0”
と記載する〉となる。以上のようにして、比較器CMI
の出力に、比較結果がV。LITとして現われる。
Therefore, the inverter output V. L+, VIN>VDA
In the case of C, high level (hereinafter referred to as "l"), V
r, I<V. In the case of AC, the low level (hereinafter referred to as “0”)
It is written as〉. As described above, the comparator CMI
The comparison result is V in the output. Appears as LIT.

以上のように構成された比較器CMIを搭載した、第8
図に示した従来のADCの動作について、以下に詳細に
説明する。尚、説明の便宜上、このADCは、分解能3
ビツト、基準電圧VIEF=5V1比較器のバイアス電
圧vs+=1.5 V、アナログ入力電圧Vl)l”5
Vとする。
The eighth device is equipped with the comparator CMI configured as described above.
The operation of the conventional ADC shown in the figure will be described in detail below. For convenience of explanation, this ADC has a resolution of 3
Bit, reference voltage VIEF=5V1 Comparator bias voltage vs+=1.5 V, analog input voltage Vl)l"5
Let it be V.

第9図は、このADCの動作を説明するタイムチャート
である。
FIG. 9 is a time chart explaining the operation of this ADC.

最初に、タイミングTSにおいて、アナログ入力VIM
をサンプリングしてコンデンサCに充電する。次に、V
DACに基準電圧Vlll:F= 5 Vの1/2の値
(2,5V)を印加すると、電圧VxはVx =1.5
 v+ (2,5v−5v) =−1v〔ここで、“V
#は、電圧の単位“V″′を表す〕となる。
First, at timing TS, analog input VIM
is sampled and charged to capacitor C. Next, V
When applying 1/2 value (2.5V) of the reference voltage Vllll:F=5V to the DAC, the voltage Vx becomes Vx =1.5
v+ (2,5v-5v) =-1v [Here, “V
# represents the unit of voltage "V"'.

発明が解決しようとする課題 ここで、このADCの比較器において、第4図に曲線4
1として示すような入出力特性を示すインバータが搭載
されている場合、バイアス電圧VB□=3.5V、V*
*p=5VSVIN=OVとなったとすると、上述の説
明と同様にVxの値は、Vx  =3.5 v+  (
2,5v+Ov)  =+6Vとなる。尚、第10図は
、このような場合のADCの動作を示す図である。
Problem to be Solved by the Invention Here, in the comparator of this ADC, curve 4 is shown in FIG.
If an inverter with input/output characteristics as shown in 1 is installed, the bias voltage VB□=3.5V, V*
*If p=5VSVIN=OV, the value of Vx is Vx =3.5 v+ (
2,5v+Ov) = +6V. Incidentally, FIG. 10 is a diagram showing the operation of the ADC in such a case.

このように、従来の制御方法においては、インバータの
入出力特性のバラツキにより、接地電位(OV〉以下の
一1Vおよび基準電圧以上の+6VがVx点に印加され
る。CMO3回路で構成する電荷平衡標本化比較器の場
合、スイッチSl−S3はPチャンネルMOSトランジ
スタとNチャンネルMO3)ランジスタで構成されるた
め、P−N接合部とN−P接合部が必ず存在する。この
ため上記のようにVx点に接地電位と基準電圧間の電圧
範囲を越える電圧が印加されるとP−N接合に順バイア
スされるため電流が流れ、コンデンサCにアナログ入力
端子Vf、Iを印加した時の電荷が保存されなくなり、
ADCの変換確度が大幅に悪化して比較器として機能し
なくなる。
As described above, in the conventional control method, due to variations in the input/output characteristics of the inverter, -1V below the ground potential (OV>) and +6V above the reference voltage are applied to the Vx point. In the case of the sampling comparator, the switch Sl-S3 is composed of a P-channel MOS transistor and an N-channel MO3) transistor, so there is always a P-N junction and an N-P junction. Therefore, as mentioned above, when a voltage exceeding the voltage range between the ground potential and the reference voltage is applied to the Vx point, the P-N junction is forward biased and a current flows, causing the analog input terminals Vf and I to flow into the capacitor C. The electric charge when applied is no longer conserved,
The conversion accuracy of the ADC will deteriorate significantly and it will no longer function as a comparator.

このような問題を解決するためには、アナログ入力端子
VtNをIV〜4V程度に制限するか、比較器のインバ
ータのバイアス点が2.5V±0.5V程度になるよう
に製造上のバラツキを極力おさえるとともに、厳密に特
性試験を実施して規格範囲をはずれたものを廃棄する必
要がある。
To solve this problem, either limit the analog input terminal VtN to about IV to 4V, or reduce manufacturing variations so that the bias point of the comparator inverter is about 2.5V±0.5V. It is necessary to suppress this as much as possible, conduct rigorous characteristic tests, and discard products that are outside the standard range.

しかしながら、アナログ入力端子範囲を制限するとAD
Cの応用範囲が大幅に狭くなり、また、インバータのバ
イアス点を制限すると製造上の歩留りが極端に低下して
大幅なコストアップとなる。
However, if you limit the analog input terminal range, the AD
The application range of C will be significantly narrowed, and if the bias point of the inverter is restricted, the manufacturing yield will be extremely reduced, resulting in a significant increase in cost.

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、製
造上の歩留り低下あるいはコストの上昇を生じることな
く、応用範囲の広いADC回路が実現できるような、新
規なADC回路の構成を提供することをその目的として
いる。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and provides a new ADC circuit configuration that can realize an ADC circuit with a wide range of applications without reducing manufacturing yield or increasing costs. Its purpose is to.

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、逐次比較型アナログ・ディジタ
ル変換器において、アナログ入力を受けるサンプル・ホ
ールド部と、逐次比較制御部と、入力される基準電圧よ
りも低い所定の電圧を参照電圧として、前記逐次比較制
御部の出力より比較電圧を発生するディジタル・アナロ
グ変換部と、前記サンプル・ホールド部の出力と前記デ
ィジタル・アナログ変換部の出力とを比較する第1の比
較器と、前記参照電圧と等しいかまたはそれよりも高い
電圧であり、且つ、前記基準電圧以下の所定の電圧とア
ナログ入力電圧とを比較する第2の比較器と、前記参照
電圧よりも低く、且つ、接地電位と等しいかまたはそれ
よりも高い所定の電圧とアナログ入力電圧とを比較する
第3の比較器とを備え、前記逐次比較制御部が、前記第
1、第2および第3の比較器の出力により制御されるよ
うに構成されていることを特徴とするアナログ・ディジ
タル変換器が提供される。
Means for Solving the Problems, that is, according to the present invention, in a successive approximation type analog-to-digital converter, there is provided a sample and hold section that receives an analog input, a successive approximation control section, and a predetermined voltage lower than the input reference voltage. a digital-to-analog conversion section that generates a comparison voltage from the output of the successive approximation control section using the voltage as a reference voltage; and a first comparison that compares the output of the sample-and-hold section and the output of the digital-to-analog conversion section. a second comparator that compares an analog input voltage with a predetermined voltage that is equal to or higher than the reference voltage and that is lower than the reference voltage; and a third comparator that compares the analog input voltage with a predetermined voltage that is equal to or higher than a ground potential, and the successive approximation control section is configured to compare the first, second, and third comparisons. An analog-to-digital converter is provided, the analog-to-digital converter being configured to be controlled by the output of the converter.

作用 本発明に係るADC回路は、その特徴的な構成により、
電荷平衡標本化比較器のP−N接合部に順バイアスされ
ることがないので、アナログ入力電圧範囲に制限を加え
たり、製造上の歩留りを低下させることがない。以下、
図面を参照して本発明をより具体的に説明するが、以下
の開示は本発明の1実施例に過ぎず、本発明の技術的範
囲を何ら限定するものではない。
Operation The ADC circuit according to the present invention has the following characteristics due to its characteristic configuration:
Since the P-N junction of the charge-balanced sampling comparator is not forward biased, it does not limit the analog input voltage range or reduce manufacturing yield. below,
The present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the following disclosure is only one embodiment of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention in any way.

実施例1 第1図は、本発明に係るADC回路の一構成例を示すブ
ロック図である。尚、第1図に示す回路において、第8
図に示した従来のADC回路と同じ構成要素には同じ参
照番号を付している。
Embodiment 1 FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an ADC circuit according to the present invention. Note that in the circuit shown in FIG.
Components that are the same as the conventional ADC circuit shown in the figure are given the same reference numerals.

同図に示すように、この回路は、第8図に示したADC
回路と同様に、アナログ入力VI11を標本化するS/
H1lと、基準電圧V□E、を入力とするDAC13と
、S/H1lが標本化したアナログ入力とDAC13の
出力VDACとを比較する比較器CMlとを備えている
。但し、この回路においては、DAC13は、後述する
ような3種類の電圧を出力するように構成されている。
As shown in the same figure, this circuit is connected to the ADC shown in FIG.
Similar to the circuit, an S/
A comparator CMl that compares the analog input sampled by the S/H1l with the output VDAC of the DAC 13 is provided. However, in this circuit, the DAC 13 is configured to output three types of voltages as described below.

また、この回路は、比較器CMIの他に、DAC13の
出力を入力される比較器CM2およびCM3を備えてい
る。
In addition to the comparator CMI, this circuit also includes comparators CM2 and CM3 to which the output of the DAC13 is input.

ここで、CMIは、第2図を参照して既に説明した従来
のADCにおける比較器と同じ構成並びに動作を行う。
Here, the CMI has the same configuration and operation as the comparator in the conventional ADC already described with reference to FIG.

即ち、サンプル・ホールド部11の出力とDA変換部1
3の出力V D A Cとを比較し、VIJl>VDA
Cの場合には“1”を、V I N < V DACの
場合には“0”を出力するように構成されている。尚、
本実施例では、V DACは■、。、の1/2の電圧と
する。
That is, the output of the sample/hold section 11 and the DA converter 1
Compare the output VDAC of 3 and VIJl>VDA
It is configured to output "1" in the case of V DAC, and "0" in the case of V I N < V DAC. still,
In this embodiment, V DAC is ■. The voltage is 1/2 of .

また、比較器0M2は、DAC13が出力する基1[t
Evappの3/4の値とアナログ入力電圧VINトヲ
比較シ、Vlll > 3 / 4 ・Vlll!F 
(7)場合は“1”を、vyN<3/4・VREFの場
合は“0”を出力するように構成されている。
Further, the comparator 0M2 is connected to the base 1 [t
Compare 3/4 value of Evapp and analog input voltage VIN, Vllll > 3/4 ・Vllll! F
It is configured to output "1" in case (7), and output "0" in case vyN<3/4·VREF.

更に、比較器CM3は、DAC13が出力する基準電圧
V REFの1/4の値とアナログ入力電圧VINとを
比較し、VIN<1/4・V IEFの場合は“l″を
、VIJl>1/4・VREPの場合は“0”を出力す
るように構成されている。
Furthermore, the comparator CM3 compares the value of 1/4 of the reference voltage V REF outputted by the DAC 13 with the analog input voltage VIN, and sets "l" if VIN<1/4・V IEF, and sets VIJl>1. /4.VREP is configured to output "0".

第3図は、第1図に示すADCにおいて使用される逐次
比較制御部12の具体的な構成例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the successive approximation control section 12 used in the ADC shown in FIG.

同図に示すように、この回路は、セット・リセット型フ
リップフロップ(以下、S−RF/Fと記載する)31
−a−cと、D型フリップフロップく以下、D−F/F
と記載する)32−a−dと、ANDゲー)33−a、
 bと、ORゲート34−a〜Cとを備えている。ここ
で、TRGは、ADCの変換開始のトリガ信号であり、
VOUTは第2図に示した比較器の出力信号であり、C
M2およびCM3は、それぞれ第1図に示した比較器0
M2およびCM3の出力信号である。また、出力DOO
〜DO2はディジタル出力であり、出力DO〜D2は第
1図に示したDA変換部13の入力信号である。
As shown in the figure, this circuit consists of a set/reset flip-flop (hereinafter referred to as S-RF/F) 31
-a-c and D-type flip-flop below, D-F/F
) 32-a-d, AND game) 33-a,
b, and OR gates 34-a to 34-C. Here, TRG is a trigger signal for starting conversion of ADC,
VOUT is the output signal of the comparator shown in Figure 2, and C
M2 and CM3 are the comparator 0 shown in FIG.
These are the output signals of M2 and CM3. Also, the output DOO
~DO2 is a digital output, and output DO~D2 is an input signal of the DA converter 13 shown in FIG.

第5図は、上述のように構成されたADC回路の動作を
説明するためのタイムチャートである。
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the ADC circuit configured as described above.

以下、同図を参照しながら、このADC回路の動作につ
いて説明する。尚、ここでは、従来例と同様に、基準電
圧Vmip=5V、比較器のバイアス電圧V□=1.5
V、アナログ入力端子Vl)l=5Vとする。
The operation of this ADC circuit will be described below with reference to the same figure. Note that here, as in the conventional example, the reference voltage Vmip=5V, and the bias voltage of the comparator V□=1.5.
V, analog input terminal Vl) l=5V.

まず最初に、第3図に示したトリガ信号TRGが1”と
なると、R−3F/F 3l−a−cが全てリセットさ
れ、1ビツト遅れてTSが“1”となる。従って、タイ
ミング1Sにおいて、第2図に示す回路のスイッチS2
およびS3が閉じ、アナログ入力端子Vl!1およびV
BIによりコンデンサCに電荷が蓄えられる。このとき
、比較器0M2は“1″、CM3は“0”である。
First, when the trigger signal TRG shown in FIG. 3 becomes "1", all R-3F/F 3l-a-c are reset and TS becomes "1" with a delay of 1 bit. Therefore, the timing 1S , the switch S2 of the circuit shown in FIG.
and S3 are closed, analog input terminal Vl! 1 and V
Charge is stored in capacitor C by BI. At this time, comparator 0M2 is "1" and CM3 is "0".

次に、第5図に示すタイミング上1では、CM2が“1
”であるためS−RF/F31−aがセットされ、OR
アゲ−34−aの出力D2が“1”に、ANDゲー)3
3−bの出力が“1″となり、○Rアゲ−34−bの出
力D2も“1”となる。従って、DA変換部出力VDA
Cには、3 / 4 ・V*epの値が出力される。こ
こで、第2図に示す回路のVx点の電圧は、 Vx =1.5 v+ (3,75v−5v) =0.
25vとなる。
Next, at timing 1 shown in FIG. 5, CM2 is “1”.
”, so S-RF/F31-a is set and OR
Output D2 of Age-34-a becomes “1”, AND game) 3
The output of 3-b becomes "1", and the output D2 of ○R Age-34-b also becomes "1". Therefore, the DA converter output VDA
The value of 3/4·V*ep is output to C. Here, the voltage at point Vx of the circuit shown in FIG. 2 is as follows: Vx = 1.5 v+ (3,75v-5v) = 0.
It becomes 25v.

このとき、比較器CMIの出力V。U7は、■。At this time, the output V of the comparator CMI. U7 is ■.

〉Vxであるため“1′となる。また、5−RF/F 
31−aのセット側アンドゲートが“1”となってセッ
トされるが、出力DO2はもともと“l”であるため、
変化しない。
〉Vx, so it is "1'. Also, 5-RF/F
The set side AND gate of 31-a becomes "1" and is set, but since the output DO2 is originally "l",
It does not change.

次に第5図に示すタイミング上2の期間では、第3図に
示すORアゲ−34−aはt2が“1″であるため“1
#となり、ORアゲ−34−bは“l”となる。DA変
換部出力VDACには、タイミング1、と同様に、3/
4・V 11!F (3,75V )が出力され、比較
器CMI出力V。、Tが“1”となる。
Next, in the timing period 2 shown in FIG. 5, the OR age-34-a shown in FIG. 3 is "1" because t2 is "1".
#, and OR Age-34-b becomes "l". The DA converter output VDAC has 3/3 as well as timing 1.
4・V 11! F (3,75V) is output, and the comparator CMI output V. , T becomes "1".

従って、第3図5−RF/F 31−bがセットされ、
出力Dotは“l”となる。
Therefore, FIG. 5-RF/F 31-b is set,
The output Dot becomes "l".

次に第5図タイミングt、の期間では、第3図に示す回
路の○Rアゲ−34a−cが全て“1”になるノテ、D
A変換部出力VDACから7/8’vm!p(4,37
5v)が出力される。ててで、第2図に示す比較器CM
IのVx点の電圧は、 Vx = 1.5v+ (4,375v−5v) =0
.875 vであり、V□>V、であるため、比較器出
力V。u7は1″となる。従って、第5図に示すR−3
F/F31−cはセットされ、DOO〜DO2出力が全
て1”のディジタル出力が得られる。
Next, during the period of timing t in FIG. 5, all of the circuits shown in FIG.
7/8'vm from A converter output VDAC! p(4,37
5v) is output. Comparator CM shown in Figure 2
The voltage at point Vx of I is: Vx = 1.5v+ (4,375v-5v) =0
.. 875 V, and since V□>V, the comparator output V. u7 is 1''. Therefore, R-3 shown in FIG.
F/F 31-c is set, and digital outputs of all 1'' from DOO to DO2 are obtained.

次に第2図に示す比較器のイン°バータINVが、第4
図に曲線42として示すような人出力特性を示す場合に
ついて説明する。
Next, the inverter INV of the comparator shown in FIG.
A case will be described in which the human output characteristic is shown as a curve 42 in the figure.

従来例について、既に同図を説明したように、基準電圧
V*!r=5V、比較器のバイアス電圧V B 2=3
.5 V、アナログ入力端子VIN=OVとすると、第
3図トリガ信号TRGが“1″となると、S−RF/F
 3l−a−cは全てリセットされる。1ビツト遅れて
、トリガ信号TRGが“0”になり、D−F/F 32
−a出力TSが“1”となりサンプリングタイミングが
発生する。
Regarding the conventional example, as already explained with reference to the figure, the reference voltage V*! r=5V, comparator bias voltage V B 2=3
.. 5 V, analog input terminal VIN=OV, when the trigger signal TRG in Figure 3 becomes "1", the S-RF/F
3l-a-c are all reset. After a delay of 1 bit, the trigger signal TRG becomes "0", and the D-F/F 32
-a output TS becomes "1" and sampling timing occurs.

第6図は、このような場合のシーケンスを示すタイムチ
ャートである。
FIG. 6 is a time chart showing the sequence in such a case.

同図に示すように、タイミングTSにおいて、第2図に
示した比較器CMIの点Vxは、Vx”Vl+2=3.
5 vにバイアスされて零補正が行なわれ、入力電圧V
IM=OVにより電荷が蓄積される。
As shown in the figure, at timing TS, the point Vx of the comparator CMI shown in FIG. 2 is Vx''Vl+2=3.
5 V, zero correction is performed, and the input voltage V
Charge is accumulated due to IM=OV.

次に、タイミング上1 において、第1図に示す比較器
CM2の出力が“0”に、比較器CM3の出力が“1”
となっているので、第3図に示すANDゲー)33−a
は禁止される。また、5−RF/F31−aは、比較器
CM2の出力によりリセット状態となるので、ORアゲ
−34−a、−cの出力DO〜D2は全て“0”となる
。従って、DA変換部13の出力VOLIT=OVとな
る。ここで、第2図に示す比較器CMIのVx点は、 vx = 3.5v+ (Ov−Ov) = 3.5v
となり、VB7は“0”あるいは“■”と判断できない
レベルとなるが、第3図に示すS−RF/F31−aは
、比較器CM2によりリセットされているので変換結果
が異常となることはない。
Next, at timing 1, the output of comparator CM2 shown in FIG. 1 becomes "0" and the output of comparator CM3 becomes "1".
Therefore, the AND game shown in Figure 3) 33-a
is prohibited. Further, since the 5-RF/F 31-a is reset by the output of the comparator CM2, the outputs DO to D2 of the OR games 34-a and -c are all "0". Therefore, the output VOLIT of the DA converter 13 becomes OV. Here, the Vx point of the comparator CMI shown in FIG. 2 is vx = 3.5v+ (Ov-Ov) = 3.5v
Therefore, VB7 is at a level that cannot be determined as "0" or "■", but since the S-RF/F31-a shown in Fig. 3 has been reset by the comparator CM2, the conversion result will not be abnormal. do not have.

次に、タイミング上2の期間においては、○Rアゲ−3
4−bが “1″に、ORゲート34−aおよびCが“
0”となり、DA変換部13の出力は、Vout= 1
 / 4 ・V+u:p=1.25Vを出力する。ここ
で、第2図比較器の点Vxの電圧は、 Vx = 3.5v+ (1,25v−OV) =4.
75vとなり、VX>V、2であるため、比較器CMI
の出力V。8.が“0”となる。従って、第3図に示し
たR−3F/F 31−bは、セット条件が成立しない
ためリセット状態のままとなる。
Next, in the timing period 2, ○R Age-3
4-b is set to "1", and OR gates 34-a and C are set to "1".
0'', and the output of the DA converter 13 is Vout=1
/ 4 ・V+u: Output p=1.25V. Here, the voltage at point Vx of the comparator in FIG. 2 is as follows: Vx = 3.5v+ (1,25v-OV) = 4.
75v, and since VX>V, 2, the comparator CMI
output V. 8. becomes “0”. Therefore, the R-3F/F 31-b shown in FIG. 3 remains in the reset state because the set condition is not satisfied.

次に、タイミング上3の期間においては、第3図に示す
ORゲート34−Cが“1”に、ORアゲ−34−aお
よびbが“0″になり、DA変換部13の出力は、VD
AC= 1 / 8 ・V+up 、=0.625 V
となる。ここで、第2図の比較器CMIの点Vxの電圧
は、 Vx = 3.5V+ (0゜625 v−OV) =
4.125 yとなる。ここでは、VX >VB2であ
るため比較器CMIの出力V。8.は“0”となる。従
って、S−RF/F31−cはリセット状態のままであ
り、S−RF/F 3l−a−cは全て“0″の変換結
果が得られる。
Next, in the timing period 3, the OR gate 34-C shown in FIG. 3 becomes "1", the OR gates 34-a and 34-b become "0", and the output of the DA converter 13 is V.D.
AC=1/8・V+up,=0.625V
becomes. Here, the voltage at point Vx of comparator CMI in Fig. 2 is: Vx = 3.5V+ (0°625 v-OV) =
It becomes 4.125 y. Here, since VX > VB2, the output V of the comparator CMI. 8. becomes “0”. Therefore, the S-RF/F 31-c remains in the reset state, and a conversion result of all "0" is obtained for the S-RF/F 3l-a-c.

実施例2 第7図は、本発明に係るADCの他の構成例を示すブロ
ック図である。尚、第7図において、第1図と同じ構成
要素には、第1図と同じ参照番号を付している。
Embodiment 2 FIG. 7 is a block diagram showing another configuration example of the ADC according to the present invention. In FIG. 7, the same components as in FIG. 1 are given the same reference numbers as in FIG. 1.

同図に示す回路は、第1図に示した本発明に係るADC
回路に、更に、1対のD型うッチL1およびL2を付加
したものである。このD型うッチLlおよびL2は、ア
ナログ入力電圧VBをサンプリングするための信号TS
により、それぞれ比較器CM2およびCM3の出力をラ
ッチする。その他のこの回路の動作については、実施例
1と同様なので、詳細な説明は省略する。
The circuit shown in the same figure is the ADC according to the present invention shown in FIG.
A pair of D-type switches L1 and L2 are further added to the circuit. These D-type switches Ll and L2 are connected to a signal TS for sampling the analog input voltage VB.
latches the outputs of comparators CM2 and CM3, respectively. The other operations of this circuit are the same as in the first embodiment, so a detailed explanation will be omitted.

即ち、本実施例では、サンプリング期間TSにおいて、
D型うッチL1およびL2が比較器CM2およびCM3
の出力をラッチし、次のAD変換のタイミングTSまで
保持する。従って、AD変換中にアナログ入力端子V1
Nが変化しても誤動作しないという利点がある。
That is, in this embodiment, in the sampling period TS,
D-type switches L1 and L2 are comparators CM2 and CM3
The output is latched and held until the next AD conversion timing TS. Therefore, during AD conversion, the analog input terminal V1
This has the advantage of not malfunctioning even if N changes.

発明の効果 以上詳述したように、本発明に係るADC回路は、V 
DACよりも高い所定の電圧以上のアナログ入力端子V
INを検出する比較器と、VDACよりも低い所定の電
圧以下のアナログ入力電圧VTIIを検出する比較器と
を備え、これらの比較器の出力により逐次比較制御部を
制御することにより、接地電位から基準電位VREFま
でのいかなるアナログ入力電圧V1Nが入力されても回
路内のPN接合部が順バイアスされないので、ADCの
変換確度は常に良好である。
Effects of the Invention As detailed above, the ADC circuit according to the present invention has V
Analog input terminal V above a predetermined voltage higher than the DAC
It is equipped with a comparator that detects IN and a comparator that detects analog input voltage VTII that is less than a predetermined voltage lower than VDAC. Since the PN junction in the circuit is not forward biased no matter what analog input voltage V1N up to the reference potential VREF is input, the conversion accuracy of the ADC is always good.

また、上述のような回路に使用される1対の比較器は、
比較正確度が±0.25 V程度の簡単なスタティック
コンパレータを使用しても問題ないので、上述のような
構成が、ADC回路の製造コストを極端に上昇させるこ
とはない。
Also, a pair of comparators used in the circuit as described above is
Since there is no problem in using a simple static comparator with a comparison accuracy of about ±0.25 V, the above-described configuration does not significantly increase the manufacturing cost of the ADC circuit.

このように、本発明に係るADC回路は、アナログ入力
電圧範囲を狭める必要がないため広範な応用が可能であ
り、電荷平衡標本化比較器のインバータの製造上のバラ
ツキを極端に制限したり、歩留りを悪化させることがな
いため、AD変換確度なADCを廉価に提供することを
可能とする。
As described above, the ADC circuit according to the present invention can be widely applied because there is no need to narrow the analog input voltage range, and can extremely limit manufacturing variations in the inverter of the charge balance sampling comparator. Since the yield is not deteriorated, it is possible to provide an ADC with high AD conversion accuracy at a low price.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に係るADC回路の構成例を示すブロ
ック図であり、 第2図は、第1図および第8図に示したADC回路にお
いて使用できる比較器の詳細な構成を示す回路図であり
、 第3図は、第1図に示したADC回路における、逐次比
較制御部の具体的な構成例を示す回路図であり、 第4図は、第2図に示した回路において使用でいるイン
バータの入出力特性を示すグラフであり、第5図および
第6図は、第1図に示した回路の動作を生命するタイム
グチヤードであり、第7図は、本発明に係るADC回路
の他の構成例を示すイロック図であり、 第8図は、従来のADC回路の典型的な構成を示すブロ
ック図であり、 第9図および第1O図は、第8図に示したADC回路の
動作を説明するためのタイムチャートである。 〔主な参照番号〕 11・・・サンプル・ホールド部、 12・・・逐次比較制御部、 13・・・DA変換部、 14・・・電荷平衡標本化比較器、 CMI〜CM3・・・比較器、 31〜S3・・・スイッチ、 INV・・・インバータ、 3l−a−c・・・セット・リセット型フリップ・フロ
ップ、 32−a−d・・・D型フリップ・フロップ、33−a
、b ・ ・ ・ANDゲート、34−a−c ・ ・
 ・ORゲート、Ll、L2・・・D型ラッチ
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an ADC circuit according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a comparator that can be used in the ADC circuits shown in FIGS. 1 and 8. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the successive approximation control section in the ADC circuit shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a circuit diagram used in the circuit shown in FIG. 2. FIG. 5 and FIG. 6 are graphs showing the input/output characteristics of the inverter according to the present invention, and FIGS. 5 and 6 are time charts for the operation of the circuit shown in FIG. FIG. 8 is a block diagram showing a typical configuration of a conventional ADC circuit; FIG. 9 and FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the circuit. [Main reference numbers] 11... Sample/hold section, 12... Successive approximation control section, 13... DA conversion section, 14... Charge balance sampling comparator, CMI to CM3... Comparison 31-S3...Switch, INV...Inverter, 3l-a-c...Set/reset type flip-flop, 32-a-d...D type flip-flop, 33-a
, b ・ ・ ・AND gate, 34-a-c ・ ・
・OR gate, Ll, L2...D type latch

Claims (1)

【特許請求の範囲】 逐次比較型アナログ・ディジタル変換器において、 アナログ入力を受けるサンプル・ホールド部と、逐次比
較制御部と、 入力される基準電圧よりも低い所定の電圧を参照電圧と
して、前記逐次比較制御部の出力より比較電圧を発生す
るディジタル・アナログ変換部と、前記サンプル・ホー
ルド部の出力と前記ディジタル・アナログ変換部の出力
とを比較する第1の比較器と、 前記参照電圧と等しいかまたはそれよりも高い電圧であ
り、且つ、前記基準電圧以下の所定の電圧とアナログ入
力電圧とを比較する第2の比較器と、 前記参照電圧よりも低く、且つ、接地電位と等しいかま
たはそれよりも高い所定の電圧とアナログ入力電圧とを
比較する第3の比較器とを備え、前記逐次比較制御部が
、前記第1、第2および第3の比較器の出力により制御
されるように構成されていることを特徴とするアナログ
・ディジタル変換器。
[Claims] A successive approximation type analog-to-digital converter, comprising: a sample/hold unit that receives an analog input; a successive approximation control unit; a digital-to-analog conversion section that generates a comparison voltage from the output of the comparison control section; a first comparator that compares the output of the sample-and-hold section and the output of the digital-to-analog conversion section; and a first comparator that is equal to the reference voltage. a second comparator that compares the analog input voltage with a predetermined voltage that is equal to or higher than the reference voltage and that is lower than or equal to the reference voltage; a third comparator that compares a predetermined voltage higher than the analog input voltage, and the successive approximation control section is controlled by the outputs of the first, second, and third comparators. An analog-to-digital converter comprising:
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